BR112016026639B1 - FLUID PULSE GENERATOR VALVE, FLUID PULSE GENERATOR AND FLUID PULSE GENERATING METHOD IN A FLUID COLUMN - Google Patents
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Abstract
VÁLVULA DE GERADOR DE PULSOS DE FLUIDO, GERADOR DE PULSOS DE FLUIDO E MÉTODO DE GERAÇÃO DE PULSOS DE FLUIDO EM UMA COLUNA DE FLUIDO Os métodos e aparelhos são divulgados para a geração de pulsos de fluido em uma coluna de fluido, tal como dentro de um poço. Um gerador de pulsos de fluido exemplo descrito tem um membro de válvula que compreende um pistão que é móvel linearmente dentro de uma câmara de pistão para controlar o fluxo ao seletivamente obstruir uma passagem de fluido. A passagem de fluido pode estender-se em torno de pelo menos uma porção da câmara do pistão e intersectar num ângulo em relação ao eixo de movimento do membro de válvula. O pistão é linearmente móvel, tal como a partir de uma posição de fluxo mínimo ou fechada para uma posição de fluxo máximo, e, opcionalmente, para qualquer um de um número ou gama de posições entre os mesmos. A posição do membro de válvula pode ser variada para gerar pulsos de fluido de um padrão selecionado de duração, amplitude, e assim por diante, para gerar um sinal no interior da coluna de fluido detectável em um local remoto a partir do gerador de pulsos de fluido.FLUID PULSE GENERATOR VALVE, FLUID PULSE GENERATOR AND METHOD OF GENERATING FLUID PULSES IN A FLUID COLUMN Methods and apparatus are disclosed for generating fluid pulses in a fluid column, such as within a fluid column. pit. An exemplary fluid pulse generator described has a valve member comprising a piston that is linearly movable within a piston chamber to control flow by selectively occluding a fluid passage. The fluid passage may extend around at least a portion of the piston chamber and intersect at an angle to the axis of motion of the valve member. The piston is linearly movable, such as from a minimum flow or closed position to a maximum flow position, and optionally to any one of a number or range of positions therebetween. The position of the valve member can be varied to generate fluid pulses of a selected pattern of duration, amplitude, and so on, to generate a signal within the fluid column detectable at a location remote from the pulse generator. fluid.
Description
[0001] Essa divulgação refere-se genericamente a métodos e aparelhos para gerar pulsos de uma coluna de fluido, tal como pode ser utilizado para a telemetria entre um local de superfície e instrumentação de fundo de poço dentro de um poço subterrâneo.[0001] This disclosure generally refers to methods and apparatus for generating pulses from a fluid column, such as may be used for telemetry between a surface location and downhole instrumentation within an underground well.
[0002] O fluido de perfuração circulado para baixo de uma coluna de perfuração para lubrificar a broca e remover cascalhos é amplamente referido como a "lama" de perfuração. A utilização de pulsos em uma coluna de fluido de perfuração é normalmente designada por "telemetria de pulso de lama". Numerosos sistemas de pulsação de fluidos foram usados para gerar tais pulsos na coluna de fluido. Tais sistemas incluem várias formas de mecanismos de válvula para produzir pulsos de fluido. Uma válvula de "gatilho", por exemplo, pode ter um membro de válvula que linearmente retribui, para abrir e fechar uma passagem de fluido. Uma válvula rotativa, por comparação, pode ter um rotor que gira para controlar seletivamente o fluxo de uma passagem de fluido. A válvula rotativa pode, ou girar reciprocamente, abrir e fechar relativamente uma passagem de fluido para gerar pulsos, ou continuamente, em que a velocidade do rotor pode ser variada para facilitar os pulsos em uma frequência selecionada momentânea para executar um protocolo de comunicação desejado. Cada um desses sistemas apresenta várias recursos e características.[0002] Drilling fluid circulated down a drill string to lubricate the bit and remove cuttings is widely referred to as drilling "sludge". The use of pulses in a column of drilling fluid is commonly referred to as "mud pulse telemetry". Numerous fluid pulsation systems have been used to generate such pulses in the fluid column. Such systems include various forms of valve mechanisms to produce fluid pulses. A "trigger" valve, for example, may have a valve member that linearly reciprocates to open and close a fluid passage. A rotary valve, by comparison, may have a rotor that rotates to selectively control the flow of a fluid passage. The rotary valve may, either reciprocally rotate, relatively open and close a fluid passage to generate pulses, or continuously, whereby the rotor speed may be varied to facilitate pulses at a selected frequency momentarily to execute a desired communication protocol. Each of these systems has several features and characteristics.
[0003] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um cordão de ferramentas de exemplo dentro de um poço de exploração, a coluna de ferramentas incluindo um gerador de pulsos de lama de acordo em a presente divulgação.[0003] Figure 1 shows a schematic representation of an example tool string within an exploration well, the tool string including a mud pulse generator in accordance with the present disclosure.
[0004] As Figuras 2A-C representam exemplos de estruturas para uso em gerar pulsos de fluido; em que a Figura 2A representa esquematicamente um conjunto de válvula de exemplo ilustrativo de uma posição "aberta" e a Figura 2B representa esquematicamente o conjunto do exemplo da válvula da Figura 2A na posição "fechado"; enquanto que a Figura 2C representa uma modalidade de exemplo de um gerador de pulsos de lama, incluindo um conjunto de válvula de exemplo, representada parcialmente em corte vertical.[0004] Figures 2A-C represent examples of structures for use in generating fluid pulses; wherein Figure 2A schematically represents an illustrative example valve assembly in an "open" position and Figure 2B schematically represents the example valve assembly of Figure 2A in a "closed" position; while Figure 2C depicts an exemplary embodiment of a slurry pulse generator, including an example valve assembly, shown partially in vertical section.
[0005] As Figuras 3A-B mostram o conjunto de válvulas do gerador de pulsos de lama de exemplo da Figura 2C com mais detalhes, representado em corte longitudinal na Figura 3A e em seção transversal lateral na Figura 3B.[0005] Figures 3A-B show the valve assembly of the example mud pulse generator of Figure 2C in more detail, represented in longitudinal section in Figure 3A and in lateral cross section in Figure 3B.
[0006] A Figura 4 representa uma seção transversal vertical de uma modalidade alternativa de um conjunto de válvula de gerador de pulsos de lama.[0006] Figure 4 represents a vertical cross-section of an alternate embodiment of a mud pulse generator valve assembly.
[0007] A Figura 5 representa uma seção transversal vertical de uma outra modalidade alternativa de um conjunto de válvula de gerador de pulsos de lama.[0007] Figure 5 represents a vertical cross-section of another alternative embodiment of a slurry pulse generator valve assembly.
[0008] A Figura 6 representa uma seção transversal vertical de uma configuração alternativa para o uso com um gerador de pulsos de lama tal como da Figura 2C.[0008] Figure 6 represents a vertical cross-section of an alternative configuration for use with a mud pulse generator such as Figure 2C.
[0009] A Figura 7 representa uma seção transversal vertical de uma outra configuração alternativa para o uso com um gerador de pulsos de lama tal como da Figura 2C.[0009] Figure 7 represents a vertical cross-section of another alternative configuration for use with a mud pulse generator such as Figure 2C.
[0010] A Figura 8 representa um diagrama de blocos de uma seção de eletrônicos de exemplo adequada para utilização no gerador de pulsos de lama da Figura 2C.[0010] Figure 8 represents a block diagram of an example electronics section suitable for use in the mud pulse generator of Figure 2C.
[0011] A Figura 9 representa um fluxograma de um método de exemplo para a utilização de um conjunto de válvula de gerador de pulsos de lama de qualquer um dos tipos aqui descritos.[0011] Figure 9 represents a flowchart of an example method for using a mud pulse generator valve assembly of any of the types described herein.
[0012] A presente revelação inclui novos métodos e aparelhos para a geração de sinais de telemetria impulsos de fluido, em que um membro de válvula de movimento linear, tal como um pistão, move-se dentro de uma câmara de pistão definido em pelo menos em parte por uma superfície, para obstruir seletivamente o fluxo de fluido e, assim, controla a taxa de fluxo de fluido através de aberturas na referida superfície. A(s) abertura(s) de superfície pode(m) representar ou ser definida(s) pela interseção respectiva de uma ou mais de passagem(ens) de fluxo de fluido com a câmara de pistão. Em algumas modalidades de exemplo, a passagem de fluxo de fluido estenderá em torno de uma porção da câmara de pistão, para intersectar uma porção a jusante da câmara de pistão. Em algumas modalidades de exemplo, o pistão move-se ao longo de um eixo linear e a passagem do fluxo de fluido intersectará a superfície de câmara de pistão com um ângulo em relação ao referido eixo linear do movimento.[0012] The present disclosure includes novel methods and apparatus for generating fluid pulse telemetry signals, wherein a linearly moving valve member, such as a piston, moves within a piston chamber defined at at least in part by a surface, to selectively obstruct fluid flow and thereby control the rate of fluid flow through openings in said surface. The surface opening(s) may represent or be defined by the respective intersection of one or more fluid flow passage(s) with the piston chamber. In some exemplary embodiments, the fluid flow passage will extend around a portion of the piston chamber to intersect a downstream portion of the piston chamber. In some exemplary embodiments, the piston moves along a linear axis and the fluid flow passage will intersect the piston chamber surface at an angle to said linear axis of motion.
[0013] O membro de válvula de movimento linear pode totalmente, ou pelo menos parcialmente, obstruir o fluxo para, ou a partir da passagem de fluxo de fluido quando numa primeira posição (isto é, para fechar ou, pelo menos, reduzir o fluxo em relação a uma segunda posição) e para permitir e/ou aumentar o fluxo para, ou a partir da passagem de fluxo de fluido quando movida a partir da primeira posição para a segunda posição. Essa descrição não se destina a limitar o membro de válvula que se move linearmente a tem duas posições, não para somente as posições discretas. Em vez disso, em pelo menos algumas modalidades, o membro de válvula de movimento linear pode ser variado ao longo de um intervalo das posições para obstruir seletivamente a passagem de fluido e assim variar o fluxo de fluido por uma quantidade que varia com a posição do membro de válvula de movimento linear e obstrução correspondente da passagem de fluxo de fluido.[0013] The linear motion valve member may fully, or at least partially, obstruct flow to or from the fluid flow passage when in a first position (i.e. to close or at least reduce flow relative to a second position) and to allow and/or increase flow to or from the fluid flow passage when moved from the first position to the second position. This description is not intended to limit the linearly moving valve member to having two positions, not just the discrete positions. Instead, in at least some embodiments, the linearly moving valve member may be varied over a range of positions to selectively occlude the fluid passage and thus vary the fluid flow by an amount that varies with the position of the valve. linear motion valve member and corresponding obstruction of the fluid flow passage.
[0014] Em algumas modalidades, o membro de válvula móvel incluirá um membro de fechamento configurado para abrir ou fechar o fluxo através de uma ou passagens de fluxo de fluido de uma maneira desejada. Em algumas modalidades, o membro de fechamento de válvula geralmente abrirá ou fechará uma passagem de fluido que está disposta radialmente em relação ao eixo do movimento linear do membro de válvula. Em algumas modalidades, a câmara de pistão terá uma região com superfícies que definem um furo geralmente uniforme de uma distância selecionada e a válvula inclui uma ou mais passagens de fluido que se estendem para a(s) abertura(s) em uma referida superfície e o membro de fechamento está linearmente móvel dentro do furo para abrir ou fechar o fluxo de fluido através das aberturas.[0014] In some embodiments, the movable valve member will include a closing member configured to open or close flow through one or more fluid flow passages in a desired manner. In some embodiments, the valve closing member will generally open or close a fluid passage that is arranged radially with respect to the axis of linear motion of the valve member. In some embodiments, the piston chamber will have a region with surfaces that define a generally uniform bore of a selected distance, and the valve includes one or more fluid passages extending into the opening(s) in said surface and the closing member is linearly movable within the hole to open or close the flow of fluid through the openings.
[0015] A seguinte descrição detalhada descreve modalidades exemplares dos métodos associados e novo gerador de pulso de lama com relação às figuras anexas, que ilustram diversos detalhes de exemplos que mostram como a divulgação pode ser posta em prática. A discussão aborda diversos exemplos de método, sistemas e aparelhos novos com relação a estes desenhos, e descrevem as modalidades retratadas de maneira suficientemente detalhada para permitir que indivíduos versados na técnica pratiquem o assunto divulgado. Muitas modalidades além dos exemplos ilustrativos discutidos neste documento podem ser utilizadas para praticar estas técnicas. As mudanças estruturais e operacionais, para além das alternativas especificamente aqui discutidas podem ser realizadas sem se afastarem do âmbito da presente divulgação.[0015] The following detailed description describes exemplary embodiments of the associated methods and novel mud pulse generator with reference to the accompanying figures, which illustrate various details of examples that show how the disclosure can be put into practice. The discussion addresses several examples of novel methods, systems, and apparatus in connection with these drawings, and describes the embodiments depicted in sufficient detail to allow those skilled in the art to practice the disclosed subject matter. Many modalities in addition to the illustrative examples discussed in this document can be used to practice these techniques. Structural and operational changes, in addition to the alternatives specifically discussed herein, may be made without departing from the scope of the present disclosure.
[0016] Nesta descrição, referências a "a modalidade" ou "uma modalidade", ou a "o exemplo" ou "um exemplo", nesta descrição não se destinam necessariamente a referir-se à mesma modalidade ou exemplo; contudo, tampouco são estas duas modalidades mutuamente excludentes, a menos que isto seja afirmado ou como se tornará prontamente aparente a indivíduos ordinariamente versados na técnica que tenham o benefício desta divulgação. Desta forma, uma variedade de combinações e/ou integrações das modalidades e exemplos descritos neste documento pode ser incluída, bem como modalidades adicionais e exemplos, conforme definidos dentro do escopo de todas as reivindicações com base nesta divulgação, assim como todos os equivalentes legais de tais reivindicações.[0016] In this description, references to "the embodiment" or "an embodiment", or to "the example" or "an example", in this description are not necessarily intended to refer to the same embodiment or example; however, neither are these two embodiments mutually exclusive, unless this is stated or as will become readily apparent to individuals of ordinary skill in the art who have the benefit of this disclosure. Accordingly, a variety of combinations and/or integrations of the modalities and examples described herein may be included, as well as additional modalities and examples, as defined within the scope of all claims based on this disclosure, as well as all legal equivalents of such claims.
[0017] Um gerador de pulsos de lama conforme descrito aqui vai ser utilizado para gerar pulsos de uma coluna de fluido dentro de um furo de fundo de poço assim como facilitar a "telemetria de pulso de lama". Essa terminologia abraça a comunicação através de pulsos em uma coluna de fluido de qualquer tipo (ou fluido produzido) que pode estar em um poço. Um exemplo de tal utilização é para o gerador de pulsos de lama para ser colocado numa coluna de perfuração juntamente com ferramentas de MWD (ou LWD), para comunicação de dados a partir das ferramentas de MWD/LWD para cima e para a superfície através da coluna de fluido que se escoa para baixo através da broca de perfuração para sair da broca de perfuração. Os pulsos serão detectados e descodificados na superfície, comunicando assim os dados de ferramentas ou outros sensores no conjunto inteiro inferior, ou em outro lugar na broca de perfuração. O gerador de pulsos de lama de exemplo descrito relativamente abre e fecha as passagens de fluido para criar pulsos na coluna de fluido de um padrão de tempo selecionado e que são detectáveis na superfície. Em outros sistemas contemplados, um gerador de pulsos de lama como descrito, pode ser colocado próximo da superfície para fornecer uma comunicação de pulso de ligação descendente para uma ferramenta de fundo de poço.[0017] A mud pulse generator as described here will be used to generate pulses from a column of fluid within a downhole as well as facilitate "mud pulse telemetry". This terminology embraces communication through pulses in a column of fluid of any type (or produced fluid) that may be in a well. An example of such use is for the mud pulse generator to be placed on a drill string together with MWD (or LWD) tools, for data communication from the MWD/LWD tools up and to the surface through the column of fluid flowing down through the drill bit to exit the drill bit. The pulses will be detected and decoded at the surface, thereby communicating data from tools or other sensors on the entire lower assembly, or elsewhere on the drill bit. The described example mud pulse generator relatively opens and closes the fluid passages to create pulses in the fluid column of a selected time pattern and which are detectable at the surface. In other contemplated systems, a mud pulse generator as described may be placed near the surface to provide downlink pulse communication to a downhole tool.
[0018] Referindo-nos agora à Figura 1, a Figura mostra esquematicamente um exemplo do sistema de perfuração direcional 100 configurado para formar poços de exploração em uma variedade de trajetórias possíveis, incluindo aqueles que se desviam da vertical. O sistema de perfuração direcional 100 inclui uma sonda de perfuração de terra 112 ao qual está ligado um conjunto de perfuração, indicado geralmente em 104, com um conjunto de furo de fundo, indicado geralmente em 144 (doravante BHA), de acordo com essa divulgação. A presente memória descritiva não é limitada a equipamentos de perfuração de terra e sistemas de exemplo de acordo com a presente divulgação também podem ser empregados em sistemas de perfuração associados a plataformas offshore, semissubmersíveis, navios de perfuração e qualquer outro sistema de perfuração satisfatório para a formação de um poço de exploração que se estende através de um ou mais formações de fundo de poço. O equipamento de perfuração 112 e o controle de superfície associado e o sistema de processamento 140 pode ser localizado na proximidade da cabeça de poço 110 na superfície da Terra. O equipamento de perfuração 112 também pode incluir uma mesa rotativa e motor de acionamento rotativo (não especificamente representado) e outros equipamentos associados a rotação ou outro movimento da coluna de perfuração 104 dentro do poço de exploração 116. Outros componentes para perfuração e/ou gerenciamento de poço, tais como válvulas de segurança (não expressamente mostradas) também serão fornecidas cabeça de poço próxima 110. Um anel 118 é formado entre o exterior da coluna de perfuração 104 e as superfícies de formação que definem poço de exploração 116.[0018] Referring now to Figure 1, the Figure schematically shows an example of the
[0019] Uma ou mais bombas serão fornecidas para bombear o fluido de perfuração, indicado geralmente em 128, a partir de um reservatório de fluido 126 para a extremidade superior da corrente de perfuração 104 que se prolonga a partir da cabeça de poço 110. Retornar o fluido de perfuração, cascalhos de formação e/ou detritos de fundo de poço da extremidade de fundo 132 do poço de exploração 116 voltará através do anel 118 através de vários conduítes e/ou em outros dispositivos para o reservatório de fluido 126. Vários tipos de tubos, tubulações e/ou outros conduítes podem ser utilizados para formar os caminhos de fluido completos.[0019] One or more pumps will be provided to pump the drilling fluid, indicated generally at 128, from a
[0020] BHA 106 na extremidade inferior da coluna de perfuração 104 termina numa broca 134. Broca 134 inclui uma ou mais passagens de fluxo de fluido com bocais respectivos dispostos nas mesmas. Vários tipos de fluidos de poço podem ser bombeados do reservatório 126 para a extremidade da coluna de perfuração 104 que se prolonga da cabeça de poço 110. O(s) fluido(s) de poço fluir através de um furo longitudinal (não expressamente mostrado) na coluna de perfuração 104 e sai dos bocais formados na broca 134. Durante as operações de perfuração o fluido de perfuração irá misturar com cascalhos de formação e outros detritos de fundo do poço próximos à broca 134. Os fluidos de perfuração então fluirão para cima através do anel 118 para retornar cascalhos de formação e outros detritos do fundo de poço para a superfície. Vários tipos de telas, filtros, e/ou centrífugas (não expressamente representados) serão tipicamente fornecidos para remover cascalhos de formação e outros detritos de fundo de poço antes de retornar o fluido de perfuração para o reservatório 126.[0020] BHA 106 at the lower end of
[0021] O conjunto de furo de fundo (BHA) 106 pode incluir vários componentes, por exemplo, uma ou mais ferramentas de measurement while drilling (MWD) ou logging while drilling (DPM) 136, 148 que fornecem registro de dados e outras informações a serem comunicadas do fundo de poço de exploração 116 ao equipamento de superfície 108. Nesse exemplo de coluna, o BHA 106 inclui gerador de pulsos de lama 144 para fornecer telemetria de pulso de lama desses dados e/ou outras informações através da coluna de fluido no interior da coluna de perfuração para um local de receptor de superfície, por exemplo, na proximidade da cabeça de poço 110. O gerador de pulsos de lama 144 será construído de acordo com o dispositivo de exemplo da Figura 2 e/ou qualquer uma das outras modalidades de exemplo aqui descritas. No local de receptor de superfície, os pulsos de pressão na coluna de fluido serão detectados e convertidos para sinais eléctricos para comunicação com equipamento de superfície e potencialmente a partir daí para outros locais.[0021] Bottom hole assembly (BHA) 106 can include several components, for example, one or more measurement while drilling (MWD) or logging while drilling (DPM)
[0022] Os dados de registo comunicados e/ou outras informações comunicadas a um topo de furo de receptor pode, então, ser comunicado a um sistema de processamento de dados 140. O sistema de processamento de dados 140 pode incluir uma variedade de hardware, software e suas combinações, incluindo, por exemplo, um ou mais processadores programáveis configurados para executar instruções em e recuperar os dados de e armazenar os dados em uma memória para realizar uma ou mais funções atribuídas a sistema de processamento de dados 140 na presente memória descritiva. Os processadores utilizados para executar as funções do sistema de processamento de dados 140 podem, cada um, incluir um ou mais processadores, tais como um ou mais microprocessadores, processadores de sinal digital (DSPs), circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), matrizes de portas de campo programáveis (FPGA), um circuito lógico programável e similares, ou isoladamente ou em qualquer combinação adequada.[0022] The communicated log data and/or other information communicated to a receiver hole top may then be communicated to a
[0023] Para algumas aplicações, o sistema de processamento de dados pode ter uma impressora, visor e/ou dispositivos associados adicionais para facilitar o controle das operações de perfuração e exploração de registro. Para muitas aplicações, as saídas do sistema de processamento de dados serão comunicadas aos vários componentes associados à plataforma de perfuração operacional 112 e também podem ser transmitidos para vários locais remotos que monitoram o desempenho das operações realizadas através do sistema de perfuração direcional 100.[0023] For some applications, the data processing system may have a printer, display and/or additional associated devices to facilitate control of record drilling and exploration operations. For many applications, the outputs of the data processing system will be communicated to the various components associated with the
[0024] Referindo-nos agora à Figura 2A, a figura representa esquematicamente um exemplo de mecanismo de válvula 150 ilustrado de forma simplificada, para representar o movimento e função do mecanismo de fechamento de válvula. O mecanismo 150 inclui um sub portado 152 dentro de um invólucro 154. Nesse exemplo de configuração, o sub portado 152 em combinação com o invólucro 154 define uma pluralidade de passagens de fluxo de fluido que incluem canais 156. Em muitos exemplos, os canais 156 estão em comunicação de fluido com uma região anelar contendo fluido (não representado nessa figura) acima do mecanismo de válvula no interior do invólucro 154, através dos quais os fluidos de poço são bombeados. As passagens de fluxo de fluido ainda incluem as passagens que se prolongam radialmente 158 que, cada uma, se comunicar com os canais 156 e se estendem para intersectar um furo central 162, através da qual o fluido irá fluir. O furo central 162 é uma porção a jusante de uma câmara, indicado geralmente em 174, que contém um membro de válvula longitudinalmente móvel, aqui sob a forma de um pistão 164 configurado para reciprocar o movimento em resposta a um mecanismo de acionamento 170. Cada passagem que se prolonga radialmente 158 termina em uma abertura 160 em uma superfície 176 que define o furo central 162 da câmara de pistão 174. As passagens de fluxo de fluido serão dimensionadas para permitir a passagem de partículas esperadas que podem ser dispersas num fluido de perfuração, tais como várias formas de "materiais de perda de circulação" que podem ser introduzidas em um fluido a tratar a perda de fluido em formações penetradas pelo poço de exploração.[0024] Referring now to Figure 2A, the figure schematically represents an example of
[0025] No exemplo representado, o mecanismo de acionamento 170 pode ser de qualquer um dentre uma variedade de mecanismos, tais como, mecanismos hidráulicos, elétricos, mecânicos, etc., e, assim, está representado genericamente na figura. Tal como será aqui descrito mais tarde, os mecanismos elétricos são acreditados como sendo adequados como mecanismos de acionamento e alternativas de exemplo para os mecanismos de acionamento eletromagnéticos são discutidos aqui posteriormente.[0025] In the example shown, the
[0026] Nesse exemplo, o pistão 164 inclui um membro de fechamento radialmente ampliado, indicado em geral por 166. O membro de fechamento 166 inclui uma superfície radialmente para fora 168. O pistão 164 é linearmente móvel entre, pelo menos, a primeira e a segunda posições, ao longo de um eixo longitudinal de movimento 172 e pode ser móvel em relação a uma ou mais posições entre a primeira e a segunda posição ou para um lado de uma das referidas primeira e segunda posições. Na Figura 2A, o pistão 164 se encontra numa posição relativamente retraída, na qual o conjunto de válvula está "aberto", devido à superfície exterior 168 do membro de fechamento 166 é longitudinalmente acima (ou "topo de furo") das aberturas 160 e, assim, as aberturas 160 estão desobstruídas, para fornecer o fluxo livre de fluido dos canais 156, através das passagens 158 e aberturas 160 associadas no furo central 162 da câmara de pistão.[0026] In this example, the
[0027] Referindo-nos agora também à Figura 2B, a figura ilustra o pistão 164 numa segunda posição longitudinal, em que o pistão 164 é relativamente estendido e o mecanismo de válvula 150 está "fechado" em virtude da superfície radialmente para fora 168 do membro de fechamento 166 sendo aberturas longitudinalmente adjacentes 160 para restringir relativamente, ou bloquear, o fluxo de fluido a partir das passagens 158 no furo central 162. Para fins de geração de pulsos de fluido, o bloqueio completo ou "vedação" das aberturas 160 não é necessário. Nesse exemplo, o membro de fechamento 166 tem as aberturas dentro do perímetro definido pela superfície exterior 168 para permitir o membro de fechamento 166 para retribuir através dos fluidos com menos resistência; e as superfícies do membro de fechamento 166 pode ser configurado para minimizar tal resistência. Nesse exemplo, o pistão 164 move-se linearmente em relação ao fluxo que flui radialmente para dentro, em um ângulo em relação ao eixo de movimento 172. Assim, nesse exemplo de configuração, o mecanismo de válvula 150 opera principalmente em corte em relação ao fluido que flui e o movimento do pistão 164 não tem de superar o peso da coluna de fluido acima do mecanismo de válvula em qualquer direção do movimento alternativo.[0027] Referring now also to Figure 2B, the figure illustrates the
[0028] Fazendo agora referência à Figura 2C, a figura ilustra um exemplo do gerador de pulsos de lama 200, representado parcialmente em corte vertical. Gerador de pulsos de lama 200 vai utilizar um conjunto de válvula que opera geralmente em conformidade com o exemplo esquemático acima (o qual pode ser implementado numa variedade de configurações, incluindo, mas não se limitando a configurações de exemplo, como aqui descrito). Neste exemplo, o gerador de pulsos de lama 200 inclui um conjunto de invólucro 202, que, neste exemplo, inclui um invólucro exterior 204 que tem conexões de caixa e pino conexões 206, 207, respectivamente, nas extremidades superior e inferior, bem como um inserto central 206 e uma saída de inserto de furo 208 como será ainda discutido aqui mais adiante com referência à Figura 3A.[0028] Referring now to Figure 2C, the figure illustrates an example of the
[0029] Gerador de pulsos de lama 200 inclui três conjuntos de primários que serão discutidos a seguir: uma fonte de energia para o funcionamento do dispositivo (neste exemplo, um conjunto gerador, indicado geralmente em 210); uma seção de produtos eletrônicos 226 e um conjunto de válvula 230. Conjunto gerador 210 inclui uma seção geradora, indicada geralmente em 212, que irá incluir um estator e rotor (não especificamente ilustrados) cooperativamente configurado para gerar corrente elétrica para utilização pelo gerador de pulsos de lama 200, em resposta à rotação do rotor em relação ao estator. Conjunto gerador 212 também inclui, neste exemplo, uma engrenagem de fluxo multiface ajustável 214, que compreende uma pluralidade de palhetas configurada para engatar fluido que flui no sentido descendente no espaço anular 216 em torno do conjunto gerador 210 no interior do invólucro exterior 204, e prepara para acoplamento ao gerador 212. Engrenagem de fluxo 214 está acoplada operativamente ao rotor do gerador 212 para provocar a sua rotação para gerar a corrente elétrica. Numa extremidade superior, conjunto gerador 210 inclui um nariz afunilado 222 para dirigir o fluxo de fluido ao espaço anular 216, onde o fluido vai envolver as palhetas da primeira e da segunda fase, 228A, 228B, respectivamente. Em alguns sistemas, o nariz afunilado 222, ou outro componente, em seu lugar, pode ser configurado para facilitar a ligação a uma outra ferramenta, tal como qualquer uma ou mais características elétricas, ópticas, hidráulica, pneumática, e/ou ligações mecânicas (como aqui discutido com referência à Figura 6). Neste exemplo, um centralizador 224 está acoplado entre a engrenagem de fluxo 214 e o gerador 212 para manter o conjunto gerador 210 centralizado no interior do invólucro exterior 204, definindo assim uma porção de um conjunto gerador 216 em torno do espaço anular 210 no interior do invólucro exterior 204.[0029]
[0030] Neste exemplo, o gerador pulsos de lama 200 inclui uma seção eletrônica 226 por baixo do conjunto gerador 210, e operativamente acoplada ao mesmo. Novamente, um centralizador 232 está localizado entre o conjunto gerador 210 e seção de eletrônicos 226. Devido à transmissão de corrente elétrica entre o gerador e a seção de eletrônicos, uma vedação hermética 234 será fornecida entre as duas secções. No exemplo representado, a vedação está localizada dentro do centralizador 232, mas pode, alternativamente, estar situada tanto no conjunto gerador 210 ou na seção de eletrônicos 226 ou noutro componente intermediário.[0030] In this example, the
[0031] Seção de eletrônicos 226 inclui, tipicamente, um invólucro vedado 236 para isolar o circuito contido e componentes a partir do ambiente exterior. Neste exemplo, a seção de eletrônicos 226 inclui tanto um mecanismo de armazenamento elétrico para receber corrente elétrica produzida pelo conjunto gerador 210 e os circuitos de controle para o gerador de pulsos de lama 200.[0031]
[0032] Referindo-nos agora à Figura 8, que a figura mostra uma representação em diagrama de blocos de uma seção de eletrônicos de exemplo 226 adequada para utilização como um componente do gerador de pulsos de lama 200. Tal como mostrado nessa figura, a seção eletrônica de 226 inclui um dispositivo de armazenamento elétrico 802, neste exemplo, acoplado para receber uma entrada 804 de corrente eléctrica do conjunto gerador 210. Dispositivo de armazenamento elétrico 802 pode ser de qualquer tipo conhecido adequado para os requisitos do restante do gerador de pulsos de lama 200, tal como uma bateria ou um capacitor. Seção de eletrônicos 226 também inclui um controlador de potência 806 operativamente acoplado ao dispositivo de armazenagem elétrico 802. Controlador de potência 806 está normalmente estruturado para realizar um número de funções, incluindo a regulação da tensão e/ou corrente fornecida a outros componentes. Esta regulação de potência, muitas vezes, inclui várias formas de filtragem do sinal elétrico para remover o ruído ou outras anomalias. Embora controlador de potência 806 é descrito como estando a jusante do dispositivo de armazenagem elétrico 802, muitas funções do controlador podem ser realizadas antes do sinal elétrico a partir do gerador 212 ser acoplado ao dispositivo de armazenagem elétrico 802, e, portanto, a corrente a partir do gerador 212 pode ser acoplada ao controlador de potência 806, em vez do dispositivo de armazenagem elétrico 802. Em tais configurações, controlador de potência 806 pode também incluir funcionalidade de gestão da bateria/armazenagem adequada.[0032] Referring now to Figure 8, that figure shows a block diagram representation of an
[0033] A corrente elétrica será transmitida a partir de qualquer controlador de potência 806 ou dispositivo de armazenagem elétrico 802 a outros componentes elétricos do sistema. No exemplo representado, estes incluem um módulo de processamento/codificação de sinal de dados 808 fornecendo a funcionalidade como aqui descrito mais tarde com referência à Figura 6, para receber um ou mais sinais de dados através de uma ou mais entradas, como se indica em 810, e para preparar tais sinal (s) para a transmissão através de uma série de pulsos de lama. Uma vez que uma porção de uma corrente de dados está pronta para transmissão, a corrente de dados será transmitida a um controlador de válvula 812 para fornecer sinais de controle apropriados para o conjunto de válvula 230.[0033] Electrical current will be transmitted from any
[0034] Em alguns sistemas de exemplo, um ou mais sinais de retorno são recebidos numa entrada 814 e utilizados para otimizar o rendimento do gerador de pulsos de lama 200, tal como através do ajuste da operação do controlador de válvula 812. Tal sinal de retorno pode ser de uma variedade de fontes potenciais. Por exemplo, um ou mais sensores podem ser localizados relativamente a montante na cadeia de ferramenta contendo gerador de pulsos de lama 200, onde eles podem detectar os impulsos gerados ou outras condições no poço de exploração para fornecer sinal de retorno adequado. Tal sinal de retorno pode ser analisado dentro do controlador de válvula 812 para ajustar o funcionamento da válvula. Por exemplo, se a análise do sinal de retorno foi para indicar menos do que um limiar ou pulso desejado de identificação ou discriminação, controlador de válvula 812 pode ser acionado para ajustar o funcionamento da válvula, por exemplo, controlando a válvula quer para reduzir a taxa de transmissão (e eventualmente alargar a duração do pulso) e/ou para aumentar a amplitude do pulso. Em algumas situações, controlador de válvula 812 pode determinar que um protocolo de transmissão diferente seria mais adequado às condições de fundo de poço existentes, e pode transmitir (como indicado em 818) para o módulo de processamento/codificação de sinal de dados 808 uma instrução para fazer tal mudança.[0034] In some example systems, one or more feedback signals are received at an
[0035] Outras fontes de sinais de retorno estão também contempladas. Por exemplo, o retorno pode ser obtido a partir do receptor de pulsos na proximidade da cabeça do poço, e transmitido ao longo do furo por qualquer mecanismo adequado, tal como uma ligação descendente de fluido de pulso, tubo de fio, ou um canal de transmissão incluindo uma porção que é um link de transmissão sem fio. Além disso, em adição à detecção de pulsos de fluido, outros tipos de sensores podem ser utilizados, tais como sensores acústicos para detectar ruído nos sensores do poço de exploração, vibração ou outro sensor de movimento (por exemplo, acelerômetros) movimento de detecção associado com o conjunto de ferramentas, etc.[0035] Other sources of return signals are also contemplated. For example, feedback can be obtained from the pulse receiver in the vicinity of the wellhead, and transmitted along the hole by any suitable mechanism, such as a pulse fluid downlink, wire tube, or a flow channel. transmission including a portion which is a wireless transmission link. Furthermore, in addition to detecting fluid pulses, other types of sensors can be used, such as acoustic sensors to detect noise in exploration well sensors, vibration or other motion sensors (e.g. accelerometers) associated detection motion. with the toolkit, etc.
[0036] A fim de fornecer a funcionalidade descrita, a seção de eletrônicos 226 inclui, tipicamente, um ou mais recursos de processamento, como um processador programável ou um controlador, e onde um dispositivo programável é utilizado, pode também incluir memória de acesso aleatório (RAM), hardware e/ou lógica de controle de software, outro armazenamento para conter instruções de dados e/ou de funcionamento, memória só de leitura (ROM), e/ou outros tipos de memória não volátil. Para fins da presente divulgação, todos os dispositivos de memória, sejam voláteis ou não voláteis, e unidades de armazenamento são considerados dispositivos de armazenamento não-transitórios. Além disso, a seção de eletrônicos 226 compreende circuitos de interface apropriados 820 para transmitir e receber dados a partir de sensores localizados na superfície e/ou no fundo do poço, e pode incluir uma ou mais portas de transmissão com dispositivos externos, bem como qualquer dispositivo de entrada e de saída (I/O) adicional necessário.[0036] In order to provide the functionality described,
[0037] Em um exemplo, seção de eletrônicos 226 tem instruções programadas armazenadas na memória que, quando executadas executa as operações de controle descritas. Enquanto as funcionalidades descritas de sistema eletrônico são descritas e representadas como separada em referência à Figura 8, tal descrição é por motivos de clareza de descrição, qualquer um ou todos de tais funcionalidades podem ser realizadas por um único processador ou controlador, se desejado.[0037] In one example,
[0038] Fazendo novamente referência à Figura 2C, no exemplo representado, a seção de eletrônicos 226 é acoplada ao conjunto de válvula 230 através de utilização de um bloco de ligação 238 entre as duas unidades. Mais uma vez, uma vedação hermética 240 será fornecida entre as duas unidades para isolar as ligações elétricas entre os dois componentes. Embora no exemplo ilustrado, conjunto gerador 210 e seção de eletrônicos 226 são descritos como sendo localizado a montante do conjunto de válvula 230, estes componentes, ao invés disso, podem ser localizados ao longo do furo do conjunto de válvula 230. Em outros exemplos, a estrutura e a funcionalidade da seção de eletrônicos 226 pode ser fornecida por dois ou mais conjuntos separados dentro de um gerador de pulsos de lama, um exemplo do qual é aqui discutido em referência à Figura 7.[0038] Referring again to Figure 2C, in the example shown, the
[0039] Referindo-nos agora também às Figuras 3A-B, a Figura 3A descreve o conjunto de válvula 230 com maior pormenor, e parcialmente em corte longitudinal, enquanto a Figura 3B descreve um corte transversal lateral do conjunto de válvula 230 através do membro de fechamento 254. Como pode ser visto na Figura 3A, nesta região, conjunto de invólucro 202 inclui não só invólucro exterior 204, mas um inserto central 206 e um inserto de furo de saída 208. Inserto central 206 de modo estanque envolve o furo interno do invólucro exterior 204. Em uma seção relativamente superior, inserto central 206 inclui uma pluralidade de estrias em torno da sua superfície exterior se estendendo geralmente ao diâmetro interno do invólucro exterior 204 para definir passagens 242A, 242B em comunicação com o espaço anular 216 acima. Em uma porção relativamente baixa, inserto central inclui uma pluralidade de passagens que se estendem geralmente radialmente 244A, 244B que ligam as passagens 242A, 242B definidas pelas referidas estrias dentro do invólucro exterior 204. Neste exemplo de configuração, cada passagem 244A, 244B termina numa abertura respectiva, cada uma indicada em 248, a um furo central 240 no inserto central 206. Passagens 244A, 244B se estenderão de preferência a algum ângulo relativo ao furo central 240. Enquanto este ângulo pode ser qualquer que se deseje, em muitos exemplos, o ângulo incluído entre cada passagem 244A, 244b e um eixo longitudinal através do furo central 240 será menor do que 90 graus para minimizar a obstrução do fluxo de fluido, e em muitos exemplos será menos do que cerca de 45 graus, como no exemplo descrito.[0039] Referring now also to Figures 3A-B, Figure 3A depicts the
[0040] Conjunto de válvula 230 inclui um membro de válvula configurado para movimento alternativo linear no interior do conjunto de válvula 230, o qual é identificado como pistão 250. No exemplo descrito, o pistão 250 é construído de, pelo menos, duas peças, um membro de acionamento 252 e um membro de fechamento 254 acoplado ao membro de acionamento 252 para o movimento em conjunto, de modo que o movimento alternativo do componente de acionamento 252 faz com que o membro de fechamento 254 se mova entre uma ou mais posições relativamente em registro com as aberturas 248, para relativamente fechar o percurso de fluido para dentro do furo central 240, e uma ou mais posições relativamente fora de registro com as aberturas 248 para relativamente abrir o percurso de fluido para dentro do furo central 240. Membro de fechamento 254 pode ser de muitas configurações possíveis que irão restringir fluido entre as aberturas 248 e furo central 240, quando numa primeira posição, e permitirão que tal transmissão de fluido quando numa segunda posição. No exemplo descrito, o membro de fechamento inclui um anel exterior 270 suportado por uma pluralidade de raios 272 em relação a um cubo central 274. Cubo central 274 facilita a fixação do componente de fecho 254 ao membro de acionamento 252. Embora membro de fechamento 254 tenha sido descrito como uma estrutura separada do componente de acionamento 252, em outros exemplos ambos podem ser formados como um único componente.[0040]
[0041] No exemplo descrito, o fluido irá fluir para dentro do furo central 240 a partir das passagens 244A, 244B. No entanto, são possíveis configurações que permitiriam que o fluxo seja no sentido oposto, como se os componentes descritos fossem invertidos na orientação. A configuração descrita é desejável, no entanto, uma vez que remove o pistão 250 a partir da pressão exercida pela coluna de fluido no conjunto de ferramentas, e permite membro de fechamento para abrir e fechar as passagens de fluido ao acionar essencialmente em relação ao corte para o fluido que flui. Pistão 250 que está sendo colocado para o movimento fora da coluna de fluido permite o movimento mais fácil em ambos os sentidos, como o mecanismo de acionamento não precisa superar o peso e a força da coluna de fluido ao mover em qualquer direção. Exemplos desta configuração oferece uma vantagem significativa sobre as válvulas com um membro da estrutura móvel que está exposto à coluna de fluido acima (tal como válvulas de gatilho convencionais), que tem de ultrapassar o peso e a pressão da coluna quando se desloca numa das duas direções.[0041] In the example described, fluid will flow into the
[0042] No exemplo descrito, o anel exterior 270 do membro de fechamento 254 tem uma periferia circunferencial tendo uma seção central 276 que tem um perfil geralmente cilíndrico, fornecendo uma superfície de "vedação". Membro de fechamento 254 é dimensionado de tal forma que seção central 276 fornece uma relativamente pequena tolerância no furo central 256 para bloquear substancialmente o fluxo de fluido entre as aberturas 248 e furo central 240. Deve entender-se que o fechamento completo (ou seja, "vedação" literal) das passagens de fluxo de fluido não é necessário para a geração dos pulsos de fluido. Na verdade, em alguns exemplos, membro de fechamento 254 pode ser configurado para deixar "aberto" (ou seja, não bloqueado) uma ou mais aberturas 248 mesmo quando numa posição relativamente "fechada", de modo a permitir sempre algum grau de escoamento de fluido; ou algum fluxo de fluido pode ser permitido através das dimensões do membro de fechamento 254 sendo selecionado para permitir uma folga desejada, mesmo quando em registro com as aberturas (por exemplo, em uma posição "fechada"). Assim, a "abertura" e "fecho" da válvula não são números absolutos, mas são relativos um ao outro, o que indica que permite e obstrui o fluxo de fluido para um grau desejado de gerar pulsos de fluido, enquanto atende aos requisitos das operações de operações de fundo de poço (tal como o fluxo de fluido para a broca durante as operações de perfuração).[0042] In the described example, the
[0043] Neste exemplo de configuração, membro de fechamento 254 está configurado para bloquear todas as aberturas 248 e, portanto, tem uma periferia externa contínua. Anel exterior 270 inclui secções cônicas 278A, 278B em cada lado da seção central 276 afunilando na direção radialmente para dentro, o que minimiza a resistência ao movimento do fluido do membro de fechamento 254 em ambas as direções. Além disso, os cônicos representados ajudarão a liberar membro de fechamento 254 de quaisquer sólidos que poderiam se tornar presos e, assim, bloquear ou impedir o movimento do membro de fechamento. Membro de fechamento 254 será preferencialmente construído de um material relativamente leve, que é capaz de suportar as pressões de fluido e ambientes ao longo do furo em que ele vai ser utilizado. Um material adequado para o membro de fechamento 254 é de titânio, para minimizar a massa do membro de fechamento 254 facilitando deste modo movimento recíproco relativamente rápido ou outro movimento no interior do furo central 240. Outros materiais adequados seriam cerâmica, estelita e ou carboneto de tungstênio cada um dos quais pode oferecer vantagens particulares em relação às condições de fundo de poço específicas).[0043] In this configuration example, closing
[0044] Uma seção de acionador, indicada geralmente em 280, está configurada para mover o êmbolo 250 para trás e para a frente ao longo do percurso linear. Seção de acionador 280 pode ser de muitas configurações possíveis, e pode ser operada por exemplo quer eletricamente ou hidraulicamente. No exemplo representado, a seção de acionador 280 é operada eletricamente. O mecanismo de acionamento pode ser um solenoide ou outro mecanismo apropriado, por exemplo uma bobina de voz seletivamente a gerando de um campo magnético para interagir com um campo magnético criado por um ou mais imãs permanentes para fazer o movimento recíproco do pistão 250. Para este tipo de mecanismo de acionamento, as bobinas podem ser mais facilmente colocadas num invólucro de válvula 256 que vai permanecer estacionário relativamente ao inserto central 206, facilitando desse modo as considerações práticas de ligações elétricas da seção de eletrônicos 226 a uma ou mais bobinas 258A, 258B localizadas em respectivos recessos 260A, 260B na periferia interior do invólucro da válvula 256. A carcaça da válvula 256 será formada de um material não magnético. O membro de acionamento 252 inclui uma ou mais cavidades 262A, 262B que se estendem pelo menos parcialmente em torno da periferia do membro de acionamento 252 com cada cavidade alojando um ou mais magnetos permanentes respectivos, indicado geralmente em 264A, 264B.[0044] A driver section, indicated generally at 280, is configured to move the
[0045] O mecanismo de acionamento descrito, utilizando bobinas que interagem com os campos magnéticos estabelecidos por ímãs permanentes podem ser implementados de forma que ofereçam vantagens específicas. Por exemplo, como pode ser visto na seção condutora 280, nenhum acoplamento físico com membro de acionamento 252 é necessário para provocar o movimento desejado; e o movimento irá ocorrer mesmo com fluidos de poço em volta do membro de acionamento 252 no invólucro de válvula 256. Como resultado, nenhuma vedação dinâmica é necessária entre o membro de acionamento 252 e o invólucro de válvula 256 (ou uma estrutura similar). Tais vedações dinâmicas podem, em algumas implementações, impedir o movimento de um membro em movimento (aqui, o membro de acionamento 252) e/ou servir como um potencial ponto de falha. Enquanto que tal vedação dinâmica poderia ser adicionada à seção condutora 280 se desejado para algumas aplicações ou configurações, na modalidade representada, uma não é necessária para o funcionamento descrito da seção condutora 280.[0045] The described drive mechanism, using coils that interact with the magnetic fields established by permanent magnets can be implemented in a way that offers specific advantages. For example, as can be seen from the
[0046] Um número de configurações específicas para as bobinas e os ímãs permanentes é previsto. Em alguns casos, várias bobinas podem ser acionadas com polaridades opostas da corrente elétrica para gerar o movimento recíproco do pistão 250. Em outros exemplos, no entanto, cada bobina pode ser acionada com uma única polaridade da corrente elétrica, com a mudança de direção alcançada através da orientação dos campos magnéticos dos ímãs permanentes e o posicionamento relativo dos ímãs permanentes. Em qualquer tipo de sistema, várias bobinas podem ser sequencialmente acionadas para obter o movimento desejado do pistão 250. Neste exemplo, o invólucro de válvula 256 e as bobinas 258 se estendem concentricamente em torno de membro de acionamento 252. Enquanto que esta configuração ofereça vantagens, deve ser compreendido que outros mecanismos podem ser utilizados em que as bobinas eletromagnéticas ou outras estruturas não são concêntricas ao membro de acionamento 252, no entanto, são colocadas relativamente radialmente para fora do membro de acionamento 252.[0046] A number of specific configurations for coils and permanent magnets are provided. In some cases, multiple coils can be driven with opposite polarities of electrical current to generate reciprocal motion of
[0047] Na modalidade ilustrada do conjunto de válvula 230, o orifício central 240 tem uma seção transversal geralmente circular. No entanto, outras configurações podem ser utilizadas, tais como uma seção transversal oval para o orifício, que pode ser utilizado para impedir a rotação do membro de fechamento 254, se tal se desejar para uma implementação específica. Qualquer que seja a configuração da seção transversal do orifício central 240, que preferivelmente terá uma seção transversal lateral, geralmente uniforme (como representado na Figura 3B), pelo menos ao longo da gama pretendida de deslocação do membro de fechamento 254.[0047] In the illustrated embodiment of the
[0048] Em algumas configurações, o conjunto de válvula 230, que pode ser configurado como o membro de fechamento 254, pode corresponder entre uma primeira posição, em geral, de abertura de aberturas 248 para o fluxo de fluido e uma segunda posição, em geral, de fechamento de aberturas 248 para o fluxo de fluido. Em tais configurações, o membro de fechamento 254 necessita apenas de correspondência de um lado de aberturas 248 para uma posição geralmente em registro com as aberturas 248. Este tipo de configuração presta-se a criar configurações do arranjo de aberturas e de deslocamento de pistão e a configuração para otimizar a válvula à rapidez de movimento entre as posições aberta e fechada, para facilitar uma elevada densidade de impulsos por unidade de tempo. No entanto, outras configurações são expressamente contempladas. Como um exemplo, o membro de fechamento pode se mover a partir de uma primeira posição acima das aberturas 248, para uma segunda posição, fechando as aberturas 248 e depois para uma terceira posição sobre o lado oposto das aberturas 248.[0048] In some embodiments, the
[0049] Como outra alternativa, membro de fechamento 254 pode se mover não só entre essencialmente uma posição "aberta" relativamente completa, revelando plenamente todas as aberturas, e uma posição totalmente "fechada", cobrindo completamente todas ou um subconjunto de aberturas 248, mas também pode se mover a uma ou mais posições intermédias, apenas bloqueando parcialmente todas ou um subconjunto de aberturas 248. Neste tipo de configuração, o conjunto de válvula 230 seria capaz de gerar múltiplas amplitudes de impulsos. Como uma outra configuração alternativa para atingir múltiplas amplitudes, as aberturas 248 podem ser dispostas de forma cooperativa com o membro de fechamento 254 de tal modo que apenas algumas aberturas são fechadas com membro de fechamento em uma primeira posição e todas as aberturas são fechadas com membro de fechamento 254 em uma posição de deslocamento de modo axial. Diferentes arranjos de cooperação de aberturas 248 e a configuração do membro de fechamento 254 podem ser concebidos para atingir este resultado. Como um exemplo, uma ou mais aberturas 248 podem ser dispostas de modo a intersectar o orifício central 240, em uma primeira posição longitudinal, com uma ou mais outras aberturas 248 dispostas para intersectar o orifício central 240 a uma próxima posição próxima, porém de deslocada de modo longitudinal. O membro de fechamento 254 pode ser configurado com uma dimensão suficiente para bloquear ambos os conjuntos de aberturas na mesma posição e com deslocamentos suficientes para permitir apenas o bloqueio de um dos conjuntos de aberturas em duas posições adicionais. Uma possível configuração adicional seria que os dois conjuntos de abertura definissem áreas de fluxo cumulativo diferentes, tal que o bloqueio de um primeiro conjunto de aberturas 248 bloquearia uma porcentagem selecionada do fluxo de fluido total, enquanto que o bloqueio do segundo conjunto de aberturas 248 bloquearia uma porcentagem selecionada diferente do fluxo de fluido total, ativando assim pelo menos três amplitudes de pulso.[0049] As another alternative, closing
[0050] Referindo-nos agora à Figura 4, a figura ilustra uma configuração alternativa de uma estrutura de válvula do gerador de pulso de lama, indicado geralmente em 400. A estrutura de válvula 400 está representada em um ambiente operativo dentro de um invólucro exterior 402. A estrutura de válvula 400 inclui uma estrutura de invólucro de válvula, indicada geralmente em 404, recebida de modo vedante com um invólucro exterior 402. No exemplo representado, a estrutura de invólucro 404 inclui um bloco inferior 406 e um bloco superior 408. Além disso, uma seção de conduíte 410 412 fornece um percurso para o encaminhamento de condutores elétricos ao bloco superior 408 e para baixo, através do bloco inferior 406, para outros dispositivos abaixo da estrutura de válvula 400 (apenas uma parte do caminho é visível no corte transversal representado). Qualquer bloco 408 ou conduíte de seção superior 410 será configurado para fornecer uma pluralidade de vigas de centralização (por exemplo três vigas) para manter a orientação centralizada do bloco superior 408. Tal como com a estrutura de seção de válvula 230 das Figuras 2 e 3, as vigas centralizadores irão definir uma pluralidade de passagens, conforme é indicado em 414, em comunicação com o espaço anular 416 acima da estrutura de válvula 400, e estendendo-se além do bloco superior 408, e terminando em uma ou mais passagens 418 no bloco inferior 406 que se estendem às respectivas aberturas 420 de uma superfície que define um orifício central 422, de um modo geral, análogo à estrutura de válvula 230, discutida acima.[0050] Referring now to Figure 4, the figure illustrates an alternative configuration of a mud pulse generator valve structure, indicated generally at 400. The
[0051] Como pode ser visto a partir da Figura 4, a montagem de válvula 400 inclui um pistão de comando móvel, geralmente anular, indicado geralmente em 424, que tem uma seção de acionamento 426 e uma seção de fecho 428 formada integralmente. A seção de acionamento 426 é suportada em relação concêntrica a uma haste guia 432 por um par de mancais 430A, 430B. A seção de acionamento 426 estende-se dentro de um invólucro de acionamento 434 e onde o suporte da haste guia 432 mantém uma relação estreita, porém espaçada entre superfícies adjacentes da seção de acionamento 426 e invólucro 436.[0051] As can be seen from Figure 4, the
[0052] A estrutura de válvula 400, como a estrutura de válvula 230 das Figuras 2 e 3, será eletricamente acionada, tal como o uso de uma ou mais estruturas de bobina de voz. Assim, a seção de acionamento 426 inclui uma pluralidade de ímãs permanentes 438, fixados no interior de uma ou mais cavidades 440 no diâmetro exterior do pistão de acionamento 442. O invólucro de acionamento 436 suporta uma pluralidade de bobinas de acionáveis de forma seletiva que se estendem em relação concêntrica ao pistão de acionamento 442. No exemplo representado, a o invólucro de acionamento 436 suporta quatro bobinas 444A-D. As mesmas opções para a configuração e controle de bobinas 444A-D discutidas em relação à estrutura de válvula 230 da Figura 2C são aplicáveis a esta estrutura de válvula 400.[0052] The
[0053] Em alguns exemplos, as bobinas 444 estarão em um banho de óleo em uma câmara vedada 446. A câmara vedada 446 é vedada a uma extensão menor por acoplamento vedado, em 448, entre o invólucro de acionamento 430 e o bloco superior 408 e em uma extensão superior em uma placa de vedação 450. A placa de vedação 450 acopla de modo vedante tanto a haste guia 432 quanto o invólucro de acionamento 436. Assim, as bobinas 444 e qualquer outro circuito elétrico que possa ser incluído dentro da câmara vedada 446, estão dentro do óleo e foram isoladas a partir do fluido de poço em volta pistão de acionamento 442.[0053] In some examples, coils 444 will be in an oil bath in a sealed
[0054] Como pode ser visto a partir da Figura 4, a seção de fecho 428 não define apenas uma superfície de vedação cilíndrica sólida (como discutido em relação à superfície central 276 do membro de fechamento 254, como representado nas Figuras 3A-B). Em vez disso, a seção de fecho 428 define uma pluralidade de aberturas 452 cada uma das quais irá acoplar em uma respectiva abertura 420 na superfície 450 que define um orifício central 422. Todas as superfícies que se estendem longitudinalmente da seção de fecho, incluindo as aberturas de definição 452 e superfície inferior 454 são novamente diminuídas de modo gradual para reduzir as restrições à circulação através do fluido.[0054] As can be seen from Figure 4, the
[0055] Em operação, em uma maneira como descrito anteriormente, a ativação das bobinas de voz causar movimento linear para frente ou para trás da seção de pistão de acionamento, fazendo com que a seção de fecho 428 se mova de modo que as aberturas 452 sejam movidas para dentro ou para fora de registro com aberturas 420, deste modo abrindo ou bloqueando relativamente de forma seletiva o fluxo entre as aberturas 420 e o orifício central 422 para estabelecer pulsos na coluna de fluido em movimento, como descrito anteriormente.[0055] In operation, in a manner as described above, activation of the voice coils causes linear forward or backward movement of the drive piston section, causing the
[0056] Referindo-nos agora à Figura 5, nela está representada uma configuração alternativa de uma estrutura de válvula de gerador de pulsos de lama 500, representada em corte vertical. A válvula de pulso de lama 500 compartilha muitas características estruturais e operacionais com a estrutura de válvula 400 da Figura 4. Por conseguinte, essas semelhanças não serão especificamente abordadas aqui. Os componentes que possuem uma semelhança estrutural e funcional dos componentes na estrutura de válvula 400 serão numerados de forma semelhante na Figura 5, sem implicar que tais componentes são totalmente idênticos em todos os aspectos àqueles da Figura 4.[0056] Referring now to Figure 5, there is shown an alternative configuration of a mud pulse
[0057] Em alguns sistemas de exemplo, pode ser preferível dispor de um mecanismo de "fail-safe", de tal modo que, se a válvula de pulsação de lama falhar, falharia em posição "aberta" em que o fluxo de lama, através da válvula para a broca ou outros mecanismos abaixo, ainda ocorreria. Este resultado pode ser conseguido por meio de fornecimento de um mecanismo de polarização disposto à seção de fecho 428, tal que as aberturas 452 são movidas em registro com as aberturas 420 assim, resultando em uma abertura de fluxo às passagens. Este mecanismo de polarização pode ser um de vários tipos, tais como hidráulico, pneumático (tal como uma câmara de ar que serve como uma mola) ou mecânico. Em muitos sistemas exemplares, o mecanismo de polarização irá ser mecânico, incluindo uma ou mais molas, que podem ser de várias configurações.[0057] In some example systems, it may be preferable to have a "fail-safe" mechanism, such that if the slurry pulsation valve fails, it would fail in the "open" position where the slurry flow, through the valve to the drill or other mechanisms below would still occur. This result may be achieved by providing a biasing mechanism arranged to the
[0058] A estrutura de válvula 500 inclui de novo uma seção de acionamento eletricamente ativada, indicada geralmente em 502, com um pistão de acionamento geralmente anular, indicado geralmente em 504, que inclui uma seção de acionamento 506 acoplada para formar uma unidade funcionalmente integrante com a seção de fecho 428. Uma estrutura de mola 506 se estende entre uma porção inferior de bloqueio de nível superior 408 e uma porção superior de pistão de acionamento 504. No exemplo representado, a estrutura de mola 506 inclui, pelo menos, uma conduíte configurada para ter duas pernas espaçadas 508A, 508B separadas por uma seção de ponte 510 de tal modo que as pernas espaçadas 508A-B, quando comprimidas uma contra a outra, forneçam uma tendência para uma posição relativamente separada, na qual o pistão de acionamento 504 é pressionado para uma posição, tal como ilustrado, em que as aberturas 452 da seção de fecho 428 estão em registro com as aberturas 420, permitindo fluxo de fluido entre as mesmas. Quando o êmbolo da unidade 504 é eletricamente ativado para se mover para uma posição relativamente retraída, as pernas que se estendem geralmente de modo lateral (em relação a um eixo longitudinal que se estende através do conjunto de válvula 500) são comprimidas uma contra a outra, estabelecendo a polarização.[0058] The
[0059] Neste exemplo, a estrutura de mola 506 é formada por tubos, o que permite que a mola 506 também sirva como uma conduíte, que pode alojar condutores elétricos para facilitar a comunicação com os mecanismos no pistão de acionamento 504. Como observado acima, as posições dos magnetos permanentes e de bobinas podem ser dispostas com qualquer tipo de componente em ambos os componentes estacionários ou móveis da seção de acionamento. Neste exemplo, uma pluralidade de bobinas 512A-C é suportada no pistão de acionamento móvel 504, enquanto que a pluralidade de ímãs permanentes 514A-E é suportada pela haste central estacionária 516. Nesta configuração, as bobinas 512A-C podem receber sinais de controle elétrico através de condutores que se estendem através dos tubos que formam a estrutura de mola 506. Os condutores elétricos irão estar em comunicação com a seção eletrônica tal como descrito em 226 na Figura 2C (ou relativo ao membro 702 na Figura 7, posteriormente aqui mostrado). A estrutura de mola 506 pode ser formada por qualquer material capaz de suportar as condições de fundo de poço e que possua resistência à fadiga aceitável fornecida para suportar o ciclo da estrutura de válvula. Para um mecanismo de mola tubular como no exemplo, o titânio é contemplado para ser um material aceitável. Em lugar de uma única estrutura de mola 506, podem ser utilizadas várias fontes e as molas podem ser de outras configurações que não as do exemplo aqui descrito. A estrutura de mola 506 e bobinas 512A-C estarão novamente, de preferência, em um banho de óleo, geralmente como descrito em relação à estrutura de válvula 400 da Figura 4.[0059] In this example, the
[0060] Como é evidente a partir da discussão acima, na estrutura de gerador de pulso de lama 200 da Figura 2C, todo o fluxo de fluido é direcionado em torno do nariz afilado 222 para alcançar a estrutura de gerador 210 e especificamente encontrar as palhetas do mesmo, antes de fluir através das passagens 242A e 242B. Referindo-nos agora à Figura 6, nela está representada uma porção superior de uma configuração alternativa do gerador de impulsos de lama, indicado geralmente em 600, que pode ser utilizado. Neste exemplo, os componentes que servem essencialmente para a mesma funcionalidade como no gerador de pulsos de lama 200 da Figura 2C são numerados de forma semelhante. No gerador de pulso de lama 600, com a finalidade de permitir o controle de fluidos pela estrutura de gerador 210, a estrutura de gerador está alojada dentro de uma estrutura de luva 602 que se encaixa dentro da estrutura de invólucro 202. A estrutura de luva 602 define um orifício central 616 e um canal de derivação externo 604.[0060] As is evident from the above discussion, in the mud
[0061] A estrutura de gerador 210 está alojada no interior do orifício central 616, que se estende longitudinalmente, para além da engrenagem ajustável de multi-estágios 214, para uma porta de saída (não mostrada) em comunicação com um espaço anular em comunicação com um canal de derivação 604. A estrutura de luva 602 inclui um sub superior 606 que aloja uma estrutura de válvula, indicada geralmente em 608. A estrutura de válvula 608 inclui uma luva móvel 610 que é móvel longitudinalmente em relação à estrutura de invólucro 202, e em relação a uma porta de derivação 612. Neste exemplo, a estrutura de válvula 608 inclui uma mola de polarização 614 disposta de modo a fazer com que a luva móvel 610 tenha tendência a uma posição de fecho de porta de desvio 612. Assim, no exemplo representado, a estrutura de válvula 608 está disposta de tal modo que todo o fluxo será direcionado através do orifício central 616 e, portanto, para a estrutura de gerador 210, na ausência de ativação da válvula para abertura de porta de desvio 612. A estrutura de válvula 608 pode ser acionada por qualquer mecanismo de acionamento desejado. Por exemplo, um mecanismo de controle elétrico como descrito em relação à estrutura de válvula 230 na Figura 2C pode ser utilizado. Alternativamente, outros mecanismos de acionamento, incluindo outras formas de mecanismos elétricos, hidráulicos ou mecânicos podem ser utilizadas.[0061] The
[0062] O gerador de pulso de lama 600 é também configurado para permitir a comunicação de sinais através do dispositivo. Por conseguinte, neste exemplo, o sub superior 606 inclui um conector 620 suportado sobre um snorkel centralizador 622 para facilitar o acoplamento com um conector complementar centralizado dentro da estrutura de invólucro 202. Em muitos exemplos, o conector 620 será um conector elétrico e será acoplado a condutores elétricos alojados dentro do canal isolado através da estrutura de luva 602. Em outros exemplos, o conector 620 pode ser um conector óptico ou um conector óptico e elétrico híbrido; ou pode ser um conector hidráulico. No exemplo representado, o snorkel 622 é descrito como um componente separado da sub superior 606, e, por conseguinte, inclui uma porção de uma estrutura de conectores 626A, que engata uma estrutura de conector complementar 626B na sub superior 606. Deste modo, em uma configuração na qual o conector 620 é um membro de ligação elétrico, os sinais elétricos podem ser transmitidos através de condutores no interior do canal 628 de snorkel 622 e através da estrutura de conector 626A-B para condutores dentro do canal 624 (os condutores não são especificamente representados, para maior clareza).[0062] The
[0063] Como identificado anteriormente em referência à estrutura de gerador de pulso de lama 200 da Figura 2C, são possíveis outras configurações, incluindo a estrutura de válvula de pulso de lama 230, estando disposta na parte superior do gerador de impulsos de lama, com o restante dos componentes identificados sendo localizados abaixo da estrutura de válvula. Referindo-nos agora à Figura 7, de que a figura ilustra ainda uma outra configuração alternativa de um gerador de pulso de lama 700 em que a seção de eletrônicos (226, tal como descrito em referência à Figura 2C) é dividida em duas partes. Neste exemplo, os mecanismos de armazenamento, tais como condensadores e/ou pilhas, como anteriormente descrito irão ainda ser localizados acima da estrutura de válvula em uma primeira seção de eletrônicos como representado na Figura 2C (não representado aqui). No entanto, outros equipamentos eletrônicos, tais como circuitos de controle e outros sistemas descritos anteriormente em relação à seção de produtos eletrônicos 226 serão localizados dentro de uma seção de produtos eletrônicos separada 702 colocada abaixo da estrutura de válvula 230 (parcialmente representada). A seção eletrônica 702 é configurada para se estender concentricamente em torno de uma luva fixa 704 que define uma porção de orifício central 240 (da Figura 3A) dentro de uma montagem de invólucro 202. A comunicação elétrica é fornecida através de uma ou mais passagens, tal como representado em 706 na estrutura de válvula 700 e através da manga fixa 704 (as passagens não são visíveis no corte transversal representado). Tal passagem 706 irá preferívelmente se estender para alcançar outras passagens na estrutura de válvula (como representado a 412 na Figura 4) para alcançar, pelo menos a seção eletrônica 226 acima da estrutura de válvula; e, em alguns casos, se estenderá a um conector superior (tal como descrito em 620 na Figura 6), para facilitar a ligação com outras ferramentas que se encontram acima do gerador de pulso de lama 700. Além disso, outras passagens 710 e/ou de conectores 712 podem ser fornecidos para facilitar a comunicação da seção de eletrônicos 702 e/ou outras estruturas acima dela, com ferramentas localizadas abaixo do gerador de pulso de lama 700.[0063] As identified earlier in reference to the mud
[0064] Referindo-nos agora à Figura 9, a figura representa um diagrama de fluxo de alto nível 800 de um exemplo de método de funcionamento de qualquer estrutura de válvula 200, a estrutura de válvula 400 ou a estrutura de válvula 500. Como um primeiro passo, um conjunto do controlador irá receber dados a serem comunicados, como indicado em 902. Este receptor de dados pode ser executado em um outro mecanismo, tal como uma ferramenta de MWD ou a LWD na coluna de ferramenta ou por uma outra estrutura de controle, de tal modo que os dados possam ser recolhidos para a transmissão pela estrutura de válvula.[0064] Referring now to Figure 9, the figure represents a high level flow diagram 800 of an example method of operation of any
[0065] Em seguida, os dados serão preparados para a comunicação. Isto incluirá tipicamente a codificação dos dados em conformidade com um protocolo de comunicação selecionado, conforme indicado em 904. Qualquer um de uma ampla variedade de protocolos de comunicação para a comunicação de dados através de uma série de pulsos pode ser implementado, incluindo a frequência de desvio (FSK), chaveamento de desvio de fase (PSK), chaveamento de desvio de amplitude (ASK) e combinações do acima, bem como outros protocolos de comunicação. Um controlador apropriado, então, controla a estrutura de comando da estrutura de válvula, conforme indicado em 906. Esta funcionalidade pode ser realizada, por exemplo, dentro de uma seção de eletrônicos ao longo do orifício inferior, tal como descrito em referência à Figura 8. No caso dos mecanismos de acionamento da bobina de voz descritos, isto irá incluir seletivamente aplicar corrente a uma ou mais das bobinas de voz para provocar o movimento linear do membro de fechamento, como descrito acima, de acordo com o protocolo de comunicação selecionado, e uma taxa de dados selecionada. Como notado acima, para algumas configurações de válvula exemplo, este pode incluir mover o membro de fechamento para as posições para além de (respectivamente) completamente "aberta" e totalmente "fechada", como pode ser utilizado para fornecer um ou mais níveis de amplitude de pulso. Além disso, como mencionado acima, este acionamento pode incluir a atuação sequencial de múltiplas bobinas.[0065] Then the data will be prepared for communication. This will typically include encoding the data in accordance with a selected communication protocol, as indicated in 904. Any of a wide variety of communication protocols for communicating data over a series of pulses can be implemented, including the frequency of shift (FSK), phase shift keying (PSK), amplitude shift keying (ASK) and combinations of the above, as well as other communication protocols. An appropriate controller then controls the command structure of the valve structure, as indicated in 906. This functionality can be realized, for example, within an electronics section along the bottom orifice, as described with reference to Figure 8 In the case of the described voice coil drive mechanisms, this will include selectively applying current to one or more of the voice coils to cause linear motion of the closing member, as described above, in accordance with the selected communication protocol, and a selected data rate. As noted above, for some example valve configurations, this may include moving the closing member to positions beyond (respectively) fully "open" and fully "closed", as may be used to provide one or more levels of amplitude. pulse. Furthermore, as mentioned above, this triggering can include sequential actuation of multiple coils.
[0066] Muitas variações podem ser feitas nas estruturas e técnicas aqui descritas e ilustradas sem afastamento do escopo do tema inventivo. Por exemplo, as estruturas e operações alternativas discutidas acima em relação a cada um dos conjuntos de válvula 230, o conjunto de válvula 400 e o conjunto de válvula 500 devem ser entendidas como sendo aplicáveis a outros conjuntos de válvula. Como apenas um exemplo, o membro de fechamento 252 do conjunto de válvula 230 (Figura 3), pode ser configurado para incluir uma seção geralmente sólida e uma seção com aberturas radiais como descrito em relação à seção de fecho 428 a 452. Do mesmo modo as configurações alternativas, como discutido em referência às Figuras 6 e 7 podem ser utilizadas em sistemas com qualquer um dos conjuntos de válvulas 230, 400 e/ou 500. Além disso, muitas variações podem ser feitas em relação aos sistemas de exemplo descritos, tendo em vista a divulgação inclusa. Por conseguinte, o escopo do tema inventivo deve ser determinado apenas pelo escopo das reivindicações que se seguem e todas as reivindicações adicionais suportadas pela presente divulgação, e todos os equivalentes de tais reivindicações.[0066] Many variations can be made on the structures and techniques described and illustrated here without departing from the scope of the inventive theme. For example, the alternative structures and operations discussed above with respect to each of the
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